Чёрная дыра — один из наименее изученных и наиболее необычных объектов во Вселенной. Чёрная дыра представляет собой объект со столь большой силой притяжения (такой кривизной пространства), что даже свет не может вырваться оттуда. Но что внутри этого монстра? Для ответа на этот вопрос нам сначала нужно понять, откуда вообще берутся чёрные дыры.
Как образуется чёрная дыра?
В одной из наших статей об эволюции звёзд, мы рассматривали один из конечных этапов их жизни, когда термоядерное топливо в ядре полностью выгорает и прекращаются термоядерные реакции из-за чего стремительно уменьшается давление в недрах звезды и она сжимается под действием гравитации. В зависимости от массы звезды сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс, таким образом, звезда может превратиться в белого карлика, нейтронную звезду или чёрную дыру.
В чёрную дыру звезда может превратиться тогда, когда после сжатия её радиус стал меньше критического радиуса Шварцшильда, который также называют гравитационным радиусом. В таком случае коллапс уже ничто не может остановить и под влиянием гравитации вся материя сжимается в одну точку, которую называют сингулярностью. В ней значение плотности и кривизны пространства стремятся к бесконечности.
Вообще, методом сжатия можно всё что угодно превратить в чёрную дыру, даже человека. Достаточно просто сжать его до критического радиуса. Также возникли и другие типы чёрных дыр (за исключением квантовых), разница лишь в том, как и почему происходил коллапс.
Из чего состоит чёрная дыра?
Чёрные дыры бывают статическими, их ещё называют чёрные дыры Шварцшильда и вращающимися вокруг своей оси — чёрные дыры Керра.
Чёрная дыра вращается благодаря предварительному вращению звезды, из которой она образовалась, вследствие закона сохранения углового момента. При этом вращения как такового нет, просто чёрная дыра имеет свойства вращающегося тела, так же как микрочастицы имеют спин в действительности не вращаясь. Сингулярность вращающейся чёрной дыры имеет форму кольца, она окружена сферой, которую называют горизонтом событий. Попав за горизонт событий, любое тело обречено упасть в чёрную дыру.
Вокруг горизонта событий такой чёрной дыры существует небольшой участок, называемый эргосферой. В этой эллипсоидальной оболочке объекты вращаются вместе с чёрной дырой, но в отличие от горизонта событий отсюда можно выбраться, благодаря этому возможен обмен энергией между эргосферой и внешним миром. Кванты и другие частицы, пролетая сквозь эргосферу, могут забирать часть её кинетической энергии вращения. Это явление называется процессом Пенроуза.
Рядом со многими чёрными дырами наблюдается горячий ионизированный газ, который выталкивается со стороны центра чёрной дыры её магнитным полем — это релятивистские потоки или джеты. Причиной появления джетов считается взаимодействие магнитных полей чёрной дыры и аккреционного диска с веществом диска, который образуется в результате падения вещества в чёрную дыру. Чёрная дыра Шварцшильда или статическая чёрная дыра не имеет эргосферы, она состоит только из сингулярности и горизонта событий.
В настоящее время нам не известно, что именно происходит внутри чёрной дыры. Пока все учёные склоняются к мысли, что там находится загадочная сингулярность, в которой материя существует не в виде отдельных частиц, а в виде сжатой в точку энергии. При этом сингулярность отделяет от горизонта событий бесконечное пространство.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.